JP2015177181A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子内に輝度傾斜を有し、発光領域内において滑らかに輝度が変化する高性能な半導体発光装置を提供する。【解決手段】基板１１と、基板上にマトリクス状に配置された複数の半導体発光素子２０と、を備え、複数の半導体発光素子の各々は、第１の導電型を有する第１の半導体層２２、発光層２３及び第１の導電型とは反対導電型の第２の半導体層２４が順に積層された構造を有する半導体構造層２１と、第１の半導体層に接続された第１の電極ＰＥと、第２の半導体層に接続された第２の電極ＮＥ１と、第２の電極とは互いに電気的に分離されかつ第２の半導体層に接続された第３の電極ＮＥ２と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を複数個用いた発光装置に関する。

半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層に電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を形成して作製される。さらに、放熱性能の向上を図る半導体発光素子として、半導体構造層を成長用基板とは別の支持基板に接合した後、成長用基板を除去した半導体発光素子が知られている。また、例えば複数の半導体発光素子を実装基板上に固定し、さらに波長変換用の蛍光体層を形成した後、樹脂などで封止することによって、発光装置が作製される。特許文献１には、複数のＬＥＤチップが互いに間隔をもって配置されている光源と、光源から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズと、を備えた車両用前照灯装置が開示されている。

特開2013-54849号公報

近年、自動車用ヘッドライトにおいて、前方の状況、すなわち対向車や前走車などの有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術が注目されている。この技術によって、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームでの走行中に対向車を検知した際には、ヘッドライトに照射される領域のうち、当該対向車の領域のみをリアルタイムで遮光することが可能となる。従って、ドライバに対して常にハイビームに近い視界を与えることができ、その一方で対向車に眩惑光（グレア）を与えることが防止される。また、例えばハンドル操作やナビゲーションシステムに連動して、配光方向が進行方向に合わせてリアルタイムで移動するヘッドライトシステムが一般化されつつある。このような配光可変型のヘッドライトシステムは、例えば、複数の半導体発光素子をアレイ状に並置した発光装置を作製し、当該半導体発光素子の各々への導通及び非導通（すなわち点消灯）、並びに導通時の投入電流（すなわち輝度）をリアルタイムで制御することによって実現することができる。

このような配光可変型のヘッドライトでは、照射領域における消灯（遮光）領域や高輝度領域が動的に移動（遷移）する。例えば、遮光領域が移動する際には、装置内部では、素子の導通状態から非導通状態への切り替えが隣接する素子へと次々になされていく。また、高輝度領域が移動する際には、例えば、素子への投入電流の低電流から高電流への切り替えが隣接する素子へと次々になされる。しかし、この配光の制御は１つの素子を制御単位として行われるため、例えば低電流駆動の素子と高電流駆動の素子との境界において急激な輝度段差が発生してしまう。また、素子内ではおよそ均一な輝度分布となっているため、ドライバにとっては配光パターンがデジタル的に（不自然に）変化するように見え、これによってドライバに違和感を与えることがある。

このように複数の素子が並置された光源装置の点消灯状態を制御することでその配光状態を制御する自動車用ヘッドライトでは、その輝度などの変化が照射領域内において滑らかに変化することが好ましい。また、素子を駆動する配線数は少ないことが望ましい。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、素子内に輝度傾斜を有し、発光領域内において滑らかに輝度が変化する高性能な発光装置を提供することを目的としている。また、素子から多くの光を取出すことが可能な光取出し効率の高い光装置を提供することを目的としている。また、様々な配線構成を実現する高自由度な発光装置を提供することを目的としている。

本発明による発光装置は、基板と、基板上にマトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、を備え、複数の半導体発光素子の各々は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは反対導電型の第２の半導体層が順に積層された構造を有する半導体構造層と、第１の半導体層に接続された第１の電極と、第２の半導体層に接続された第２の電極と、第２の電極とは互いに電気的に分離されかつ第２の半導体層に接続された第３の電極と、を含むことを特徴としている。

（ａ）は、実施例１の発光装置の模式的な上面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、実施例１の発光装置の断面図である。 （ａ）は、実施例１の発光装置における配線構成を模式的に示す図であり、（ｂ）は、実施例１の発光装置における輝度の分布を示す図である。 実施例１の変形例に係る発光装置における配線構成を模式的に示す図である。 （ａ）は、実施例２の発光装置の模式的な上面図であり、（ｂ）は、実施例２の発光装置の断面図であり、（ｃ）は、実施例２の発光装置における素子の変形例を示す断面図である。 （ａ）は、実施例３の発光装置の模式的な上面図であり、（ｂ）は、実施例３の発光装置の断面図である。

本発明は、並置した複数の発光素子を有する発光装置において、互いに電気的に分離された複数の導通手段を単一素子に対して設けることを特徴としている。具体的には、素子の各々が、素子のｎ型半導体層に接続された第１のｎ電極と、第１の電極とは電気的に分離されかつｎ型半導体層に接続された第２のｎ電極とを有している。以下に本発明の種々の実施例について詳細に説明する。

図１（ａ）は、実施例１の発光装置１０の上面を模式的に示す図である。発光装置１０は、搭載基板１１上に複数の半導体発光素子２０（以下、単に素子と称する場合がある）がマトリクス状に配置された構造を有している。なお、マトリクス状とは、素子２０が１行又は１列に配列された場合（すなわち１行ｎ列またはｎ行１列、ｎ≧２）を含む。

発光装置１０は、その並置された複数の半導体発光素子２０の全体で発光領域ＥＡ（発光マトリクス）を構成している。発光領域ＥＡは、複数の半導体発光素子２０のうち、最も外側の半導体発光素子２０の他の素子に隣接しない側面によって、その外縁が形成されている。なお、理解の容易さのため、図中には最外素子の側面よりも外側に発光領域ＥＡの外縁を示している。

本実施例においては、搭載基板１１に対して垂直な方向から見たとき、半導体発光素子２０の各々が矩形形状を有する場合について説明する。また、発光素子２０が３行７列でマトリクス状に配列されており、全体として矩形の発光領域ＥＡが構成されている場合について説明する。以下においては、複数の半導体発光素子２０のうち、隣接して整列した３つの特定の半導体発光素子２０を、半導体発光素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃに区別して説明する。

半導体発光素子２０の各々は、互いに電気的に分離された第１のｎ電極（第２の電極）ＮＥ１及び第２のｎ電極（第３の電極）ＮＥ２からなるｎ電極群ＧＮＥを有している。理解の容易さのため、ｎ電極群ＧＮＥの形成領域にハッチングを施してある。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに垂直な方向（すなわち短手方向）に延在する線状電極として形成されている。また、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、互いに平行に、かつ互いに離間して半導体発光素子２０の各々の上面上に形成されている。

図１（ｂ）は、発光装置１０の構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、互いに隣接する２つの半導体発光素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃについて示している。半導体発光素子２０Ａは、半導体構造層２１、ｐ電極ＰＥ及びｎ電極群ＧＮＥを含む。半導体構造層２１は、ｐ型半導体層（第１の半導体層）２２、発光層２３及びｎ型半導体層（第２の半導体層）２４が搭載基板１１上にこの順で順次積層された構造を有している。ｐ型半導体層２２、発光層２３及びｎ型半導体層２４は、例えば、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成を有している。ｎ型半導体層２４の表面は光取出し面として機能する。なお、ｎ型半導体層２４の表面は、光取出し効率を向上するために粗面化されていてもよい。

半導体発光素子２０Ａは、ｐ型半導体層２２に接続されたｐ電極ＰＥ（第１の電極）を有している。ｐ電極ＰＥは、ｐ型半導体層２２とのオーミック接触を得るために、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ及びＰｄなどの金属材料並びにこれらを含む合金を用いて形成される。ｐ電極ＰＥは、発光層２３からの光をｎ型半導体層２４の表面すなわち光取出し面に向かって反射させる反射層としても機能する。ｎ電極群ＧＮＥの第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、半導体構造層２１のｎ型半導体層２４の表面上に形成されている。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、ｎ型半導体層２４とのオーミック接触を得るために、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｕ及びＡｇなどの金属材料並びにこれらを含む合金を用いて形成される。

半導体発光素子２０Ａは、ｎ型半導体層２２上、すなわちｎ型半導体層２２の搭載基板１１とは反対側の面上に配置された第１のｎ電極（第２の電極）ＮＥ１及び第２のｎ電極（第３の電極）ＮＥ２を有している。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、その各々が矩形形状の素子２０Ａにおける向かい合う２つの辺に沿って配置されている。また、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに並んで配置されている。

半導体発光素子２０Ａは、多層配線層が形成された搭載基板１１上に搭載されている。具体的には、搭載基板１１上には、第１のｎ側配線ＮＷ１及び第２のｎ側配線ＮＷ２からなるｎ側配線群ＧＮＷが形成されている。ｎ側配線群ＮＷ上には、ｎ側配線群ＮＷを被覆するように形成された絶縁層１２が形成されており、絶縁層１２上にはｐ側配線ＰＷが形成されている。半導体発光素子２０Ａは、そのｐ電極ＰＥがｐ側配線ＰＷ上に設けられるように、搭載基板１１上に搭載されている。半導体発光素子２０Ｂ及び２０Ｃの各々は、半導体発光素子２０Ａと同様の構造を有し、互いに離間して、半導体発光素子２０Ａと同様に、搭載基板１１上に搭載されている。

半導体発光素子２０の各々のｐ電極ＰＥは、ｐ側配線ＰＷに接続されている。また、半導体発光素子２０の各々の第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、それぞれ接続電極ＣＥ１及びＣＥ２を介して、ｎ側配線群ＧＮＷの第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に接続されている。すなわち、半導体発光素子２０の各々は、ｐ電極ＰＥ（ｐ側配線ＰＷ）及び第１のｎ電極ＮＥ１と、ｐ電極ＰＥ及び第２のｎ電極ＮＥ２と、の２つの導通手段によって導通状態となる。

図１（ｃ）は、図１（ａ）のＶ１−Ｖ１線に沿った断面図である。図１（ｃ）を用いて、ｎ電極群ＧＮＥとｎ側配線群ＧＮＷとの間の接続構造について説明する。図１（ｃ）に示すように、第１のｎ電極ＮＥ１は、素子２０の側面上に設けられた接続電極ＣＥ１を介して第１のｎ側配線ＮＷ１に接続されている。具体的には、半導体構造層２１及びｐ電極ＰＥの側面上には絶縁保護膜ＩＣが形成されている。また、搭載基板１１上のｐ側配線ＰＷの表面には、ｐ側配線ＰＷ及び絶縁層１２を貫通して第１のｎ側配線ＮＷ１に至る開口部が設けられている。接続電極ＣＥ１は、絶縁保護膜１２上及び当該開口部内に設けられ、第１のｎ電極ＮＥ１及び第２のｎ側配線ＮＷ１間を接続している。なお、第２のｎ電極（第２の制御電極）ＮＥ２は、第２のｎ電極ＮＥ１と同様に、素子２０側面上に設けられた接続電極ＣＥ２を介して第２のｎ側配線ＮＷ２に接続されている。

搭載基板１１は、例えばＳｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷなどの放熱性の高い材料からなる。絶縁層１２及び絶縁保護膜ＩＣは、例えばＳｉＯ₂及びＳｉ₃Ｎ₄などの絶縁材料からなる。ｐ側配線ＰＷ及びｎ側配線群ＧＮＥは、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料からなる。各配線は、低抵抗を有する金属材料から構成されていることが望ましい。

図２（ａ）は、発光装置１０における配線構成を模式的に示す図である。なお、図の明確さのため、装置１０のうち、隣接して並置された９つの素子２０の部分（３行３列の部分）のみを示している。また、図中において、黒の丸印はｐ電極ＰＥを示し、白抜きの丸印は第１のｎ電極ＮＥ１を、三角印は第２のｎ電極ＮＥ２を示している。また、各配線を実線で示している。

ｐ側配線ＰＷは、半導体発光素子２０の各々のｐ電極ＰＥに接続されている。ｐ側配線ＰＷは、装置１０の共通配線として機能する。第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２は、互いに電気的に分離されている。また、第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２は、他の素子における第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２から電気的に分離されている。ｎ側配線群ＮＷの第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２は、装置１０の個別配線として機能する。

半導体発光素子２０の各々は、ｎ側配線群ＧＮＷを介してｎ電極群ＧＮＥの第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２へ電流を印加することによって、独立して発光駆動されることができる。また、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２への投入電流を制御することによって、素子２０の第１のｎ電極ＮＥ１の近傍と第２のｎ電極ＮＥ２の近傍との間において、異なる輝度で光が放出される。

上記したように、ｎ電極群ＧＮＥは、素子２０の各々の発光駆動のみならず、素子２０内における発光輝度を制御する。換言すれば、第１のｎ電極ＮＥ１及び第２のｎ電極ＮＥ２からなるｎ電極群ＧＮＥは、素子２０の各々の導通及び非導通のみならず、導通状態における素子２０の各々への投入電流量（輝度）を制御する制御電極群（第１及び第２の制御電極）として機能する。

例えば第１のｎ電極ＮＥ１の駆動電流を第２のｎ電極ＮＥ２の駆動電流よりも大きくすることで、第１のｎ電極ＮＥ１の近傍からは相対的に多くの光が取出され、第２のｎ電極ＮＥ２の近傍からは相対的に少量の光が取出される。また、第１及び第２の電極ＮＥ１及びＮＥ２間においては徐々に輝度が低下する。従って、素子内において連続的に輝度を変化させることが可能となる。従って、例えば配光パターンを変化させる場合に、照射領域内において輝度がスムーズに変化する。また、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２のいずれかに駆動電流を印加しない場合、消灯領域の遷移もスムーズなものとなる。

なお、発光装置１０を自動車用ヘッドライトの光源として用いる場合、発光領域ＥＡ（発光マトリクス）の長手方向ＬＤが運転者から見た水平方向に対応する。すなわち、鉛直方向よりも水平方向に多くの素子を配列し、水平方向に長い発光領域ＥＡを構成する。すなわち、半導体発光素子２０の各々によって形成される発光マトリクスは長方形形状となる。

また、自動車用のヘッドライトとして用いる場合、遮光領域及び高輝度領域は水平方向に頻繁に遷移する場合が多い。従って、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに沿って輝度傾斜が形成されていることが望ましい。従って、発光装置１０が自動車用ヘッドライトとして用いられる場合、本実施例のように、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、発光領域ＥＡ（マトリクス）の長手方向ＬＤに垂直な方向に延在する線状電極として形成し、長手方向ＬＤに沿った輝度傾斜を制御できることが好ましい。また、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、マトリクスの長手方向に並んで配置されており、また、大きな間隔で離間していることが好ましい。

図２（ｂ）は、発光装置１０における輝度分布の一例を示す図である。図の横軸は発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに沿った素子の位置を示しており、図の縦軸は輝度を指名している。図の明確さのため、隣接して整列した３つの素子２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃについて示している。なお、比較例として、ｎ電極が１つのみである点を除いては発光装置１０と同様の構造を有する発光装置１００における輝度分布を用意した。比較例の発光装置１００における輝度曲線を破線で、本実施例の発光装置１０における輝度曲線を実線で示している。

図２（ｂ）に示すように、発光装置１００においては、素子内に輝度傾斜はほぼ形成されていない。また、素子間で輝度が急に変化している。一方、発光装置１０においては、素子内においても輝度傾斜を付けることができ、また、素子間での輝度の差もほぼなくすことができた。従って、第１及び第２のｎ電極を設け、両ｎ電極間の駆動電流を調節することによって、素子間において明確な輝度の差が発生せず、さらに素子内においても輝度の差を設けることが可能となる。

図３は、本実施例の変形例１に係る発光装置１０Ａの配線構成を模式的に示す図である。発光装置１０Ａは、配線構成、すなわちｎ側及びｐ側配線の接続構成を除いては、発光装置１０と同様の構造を有している。なお、理解の容易さのため、また、図中において、黒の丸印はｐ電極ＰＥを示し、白抜きの丸印は第１のｎ電極ＮＥ１を、三角印は第２のｎ電極ＮＥ２を示している。また、各配線を実線で示している。

具体的には、発光装置１０Ａにおいては、列方向すなわち発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに沿って整列した素子２０の各々は、そのｐ電極ＰＥの各々が１つのｐ側配線ＰＷ１に接続されている。同様に、互いに電気的に分離された複数のｐ側配線（図中では３つのｐ側配線ＰＷ１、ＰＷ２及びＰＷ３）が、素子マトリクスの行数分だけ設けられている。また、第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２は、行方向（発光領域ＥＡの短手方向）に整列した素子２０の各々における第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２にそれぞれ接続されている。第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２の各々は互いに電気的に分離され、また、他の列における第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２から分離されている。

発光装置１０Ａは、半導体発光素子２０の各々の点消灯がダイナミック駆動によって制御され得る構成を有している。すなわち、ｎ側配線及びｐ側配線の交点となる素子２０が導通状態となり、発光駆動される。発光装置１０Ａは、半導体発光素子１０と同様に、素子２０の各々が独立して発光する。なお、発光装置１０は、スタティック駆動によって素子２０の各々が独立して導通状態となる。従って、本変形例においては、発光装置の配線数を抑制することが可能となる。

なお、本実施例においては、ｎ電極群ＧＮＥが２つのｎ電極からなる場合について説明したが、ｎ電極群ＧＮＥは、３つ以上のｎ電極から構成されていてもよい。例えば、ｎ電極群ＧＮＥが、第１及び第２のｎ電極（第２及び第３の電極）に加え、第３のｎ電極（第４の電極）から構成されていてもよい。ｎ電極の個数が増えることによって、素子内における輝度の制御をより高い自由度で行うことが可能となる。すなわち、ｎ電極群ＧＮＥは、互いに電気的に分離された複数のｎ電極から構成されていればよい。また、ｎ側配線及びｐ側配線が互いに異なる階層で形成されている場合について説明したが、ｎ側配線及びｐ側配線の配線構成は一例に過ぎない。

また、ｎ電極が線状に形成されている場合について説明したが、ｎ電極の形状はこれに限定されない。例えば、ｎ電極のいずれかが屈曲した部分を有していてもよく、また、円形状を有する部分を有していてもよい。また、ｎ電極の各々が発光領域の長手方向に沿って局在し、発光領域の長手方向に沿って輝度分布を変化させる場合について説明したが、ｎ電極の形成位置はこれに限定されない。例えば、ｎ電極の各々は発光領域の長手方向に沿って線状に設けられ、互いに短手方向に沿って離間していてもよい。このようにｎ電極を配置することによって、発光領域の短手方向（行方向）に輝度分布を変化させることが可能となる。また、ｎ電極が列方向及び行方向に沿っておらず、斜めに形成されていてもよい。

図４（ａ）は、実施例２の発光装置１５の上面を模式的に示す図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＷ−Ｗ線に沿った断面図であり、発光装置１５の断面図である。発光装置１５は、各素子におけるｎ電極群ＧＮＥの第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２の構成を除いては、発光装置１０と同様の構造を有している。

発光装置１５は、その半導体発光素子３０の各々が、素子３０と搭載基板１１との間においてｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通し、ｎ型半導体層２４に接続された第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２からなるｎ電極群ＧＮＥを有している。具体的には、半導体発光素子３０の各々は、ｐ型半導体層２２側からｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通し、ｎ型半導体層２４内に至る開口部を有している。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、当該開口部の底面から第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に至り、第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に接続されている。

半導体発光素子３０の各々は、ｐ型半導体層２２側からｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通し、ｎ型半導体層２４が露出するように形成された第１の穴Ｈ１を有している。本実施例においては、第１の穴Ｈ１は、発光領域ＥＡ（マトリクス）の長手方向に垂直な方向に並んで複数個設けられている。第１のｎ電極ＮＥ１は、第１の穴Ｈ１の各々の内部に設けられている。

半導体発光素子３０の各々は、第１の穴Ｈ１から離間し、ｐ型半導体層２２側からｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通し、ｎ型半導体層２４が露出するように形成された第２の穴Ｈ２を有している。本実施例においては、第２の穴Ｈ２は、発光領域ＥＡ（マトリクス）の長手方向に垂直な方向に並んで複数個設けられている。第２のｎ電極ＮＥ２は、第２の穴Ｈ２の各々の内部に設けられている。

第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２の各々は、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに垂直な方向に沿ってそれぞれ整列した複数のビア電極ＶＥ１及びＶＥ２からなる。なお、理解の容易さのため、ビア電極ＶＥ１は図４（ａ）における白抜きの丸印に対応し、ビア電極ＶＥ２は三角印に対応する。ビア電極ＶＥ１及びＶＥ２の各々は、ｐ型半導体層２２側からｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通し、ｎ型半導体層２４に接続されている。また、ビア電極ＶＥ１及びＶＥ２の各々は、第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２にそれぞれ接続されている。

本実施例においては、ｎ電極がｎ型半導体層２４の表面上ではなく、ｐ型半導体層２２側から形成されている。従って、ｎ型半導体層２４の表面全体を光取出し面として構成することが可能となる。具体的には、より高精細に制御可能な発光装置を形成することを考慮すると、素子単体のサイズは小さいことが好ましい。従って、電極など、光取出し面に発光層２３からの光を遮断するものはないことが好ましい。従って、ｎ電極がｐ型半導体層２２側に形成されていることによって、ｎ型半導体層の表面全体から光を放出することが可能となる。

なお、本実施例においては、ビア電極ＶＥ１及びＶＥ２の各々が互いに整列して複数個形成される場合について説明したが、ビア電極は少なくとも１つずつ形成されていればよい。すなわち、第１及び第２の穴Ｈ１及びＨ２は、それぞれ１つのみ形成されており、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２がそれぞれ第１及び第２の穴Ｈ１及びＨ２の内部に設けられていてもよい。また、実施例１と同様に、第１及び第２のｎ電極は、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤではなく、発光領域ＥＡの長手方向ＬＤに垂直な方向に沿って互いに離間して形成されていてもよい。

図４（ｃ）は、本実施例の変形例に係る発光装置１５Ａの構造を示す断面図である。発光装置１５Ａは、素子の各々がその上面上に透光基板ＴＬＳを有する点を除いては、発光装置１５と同様の構造を有している。発光装置１５Ａは、上面（ｎ型半導体層２４の搭載基板１１とは反対側の主面上）に形成された透光基板ＴＬＳを有する半導体発光素子３０Ａ１、３０Ｂ１及び３０Ｃ１を有している。すなわち、素子３０の各々における搭載基板１１とは反対側の主面上には、発光層２３からの放出光（例えば４００乃至５００ｎｍの波長を有する青色光）に対して透光性を有する透光基板ＴＬＳが形成されている。

透光基板ＴＬＳは、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＣ及びスピネルからなる。透光基板ＴＬＳは、素子の各々上に設けられ、素子間には設けられていない。すなわち、透光基板ＴＬＳは素子毎に分離されている。従って、素子からの放出光が素子間領域から他の素子上の領域に伝播すること（光のクロストーク）が抑制される。また、半導体構造層２１の保護を強化することができる。なお、透光基板ＴＬＳは、例えば、透光基板ＴＬＳとなる成長用基板上に半導体構造層及び電極を形成して素子部を形成し、成長用基板を分離した上で当該素子部を電極側から支持基板に接合することによって形成することができる。本実施例においては、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、素子上に透光基板ＴＬＳを有していてもよく、有していなくてもよい。

図５（ａ）は、実施例３の発光装置１７の上面を模式的に示す図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、発光装置１７の断面図である。発光装置１７は、各素子におけるｎ電極群ＧＮＥの第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２の構成を除いては、発光装置１０と同様の構造を有している。

発光装置１７は、その半導体発光素子４０の各々が、素子４０の側面上においてｎ型半導体層２４に接続された第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２からなるｎ電極群ＧＮＥを有している。具体的には、ｐ型半導体層２２及び発光層２３の側面と、ｎ型半導体層２４の側面の一部を覆うように絶縁保護膜ＩＣが形成されている。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、絶縁保護膜ＩＣ上及びｎ型半導体層２４の側面に形成されている。絶縁保護膜ＩＣは、例えばＳｉＯ₂などの絶縁材料からなる。

第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、ｎ型半導体層２４の側面に配置されている。具体的には、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、素子４０の互いに対向する側面の一方及び他方上にそれぞれ形成されている。本実施例においては、第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、発光領域ＥＡの長手方向に沿って互いに対向する素子４０の側面の一方及び他方をそれぞれ覆うように形成されている。

第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２上におけるｐ側配線ＰＷの表面上には、ｐ側配線ＰＷ及び絶縁層１２を貫通して第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に至る開口部が設けられている。第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２は、それぞれ素子の側面から当該開口部を介して第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に至り、第１及び第２のｎ側配線ＮＷ１及びＮＷ２に接続されている。

本実施例の半導体発光素子４０では、その第１及び第２のｎ電極ＮＥ１及びＮＥ２が素子側面に設けられているため、素子内の全体で単調に変化する輝度分布を実現することが可能となる。従って、理想的な輝度傾斜を付けることが可能となる。また、素子の側面全体を覆うようにｎ電極を形成するため、ｎ電極とｎ型半導体層２４との接触面積が大きい。従って、小さい接触抵抗で素子内に電流を印可することが可能となり、高発光効率な発光装置を提供することが可能となる。

なお、本実施例においては、第１及び第２のｎ電極が発光領域（発光マトリクス）の長手方向に沿って互いに対向する素子の側面上に形成される場合について説明したが、発光領域の短手方向に沿って互いに対向する素子の側面上に形成されていてもよい。また、４つの側面のそれぞれにお互い電気的に独立した４つのｎ電極を形成してもよい。また、例えば実施例２の発光装置１５がダイナミック駆動によって素子の導通を制御するような配線構成を有していてもよい。

なお、上記においては、第１の導電型がｐ型の導電型であり、第２の導電型がｐ型とは反対の導電型のｎ型である場合について説明したが、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であっていてもよい。また、第１の導電型及び第２の導電型のいずれかが真性導電型であってもよい。すなわち、第１の半導体層及び第２の半導体層のいずれかが真性半導体層（ｉ層）であってもよい。

また、上記においては、発光素子が上面視において矩形形状を有する場合について説明したが、発光素子の上面視における形状はこれに限定されない。例えば、半導体発光素子は、三角形や六角形の形状を有していてもよい。また、半導体発光素子の各々は、発光領域の暗部形成の抑制を考慮すると、平面充填形にて配列されていることが好ましい。また、半導体発光素子の各々は、上面視において菱形形状を有し、マトリクス状に並置されていてもよい。この場合、ロービーム時におけるカットオフラインを容易に実現することが可能となる。

上記した実施例においては、各々が独立して発光駆動され得る複数の発光素子が搭載された発光装置において、その素子内に互いに電気的に分離された複数のｎ電極が設けられている。従って、素子毎ではなく、素子内でも輝度を変化させることが可能となる。従って、配光パターンの変化時に遮光領域や高輝度領域を滑らかに変化させることができる。

１０ 発光装置
１１ 搭載基板
ＰＷ、ＰＷ１、ＰＷ１１、ＰＷ１２、ＰＷ１３ ｐ側配線
ＧＮＷ ｎ側配線群
ＮＷ１ 第１のｎ側配線
ＮＷ２ 第２のｎ側配線
２０、３０、４０ 半導体発光素子
２１ 半導体構造層
２２ ｐ型半導体層（第１の半導体層）
２３ 発光層
２４ ｎ型半導体層（第２の半導体層）
ＰＥ ｐ電極（第１の電極）
ＧＮＥ ｎ電極群（制御電極群）
ＮＥ１ 第１のｎ電極（第２の電極）
ＮＥ２ 第２のｎ電極（第３の電極）

Claims (9)

1. 基板と、
   基板上にマトリクス状に配置された複数の半導体発光素子と、を備え、
   前記複数の半導体発光素子の各々は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の半導体層が順に積層された構造を有する半導体構造層と、前記第１の半導体層に接続された第１の電極と、前記第２の半導体層に接続された第２の電極と、前記第２の電極とは互いに電気的に分離されかつ前記第２の半導体層に接続された第３の電極と、を含むことを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の半導体発光素子の各々は、前記基板に対して垂直な方向から見たときに矩形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記マトリクスは長方形形状を有しており、
   前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記マトリクスの長手方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第２の電極及び前記第３の電極は、その各々が前記矩形形状の前記複数の半導体発光素子の各々における向かい合う２つの辺に沿って配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
5. 前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記第２の半導体層の前記基板側とは反対側の面上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記マトリクスの長手方向に垂直な方向に延在する線状電極であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記複数の半導体発光素子の各々は、前記第１の半導体層側から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通し、前記第２の半導体層が露出するように形成された第１の穴と、前記第１の穴から離間し、前記第１の半導体層側から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通し、前記第２の半導体層が露出するように形成された第２の穴と、を有し、
   前記第２の電極は前記第１の穴の内部に配置され、
   前記第３の電極は前記第２の穴の内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。
8. 前記第１の穴は前記マトリクスの長手方向に垂直な方向に並んで複数個設けられ、前記第２の電極は前記第１の穴の各々の内部に設けられ、
   前記第２の穴は前記マトリクスの長手方向に垂直な方向に並んで複数個設けられ、前記第３の電極は前記第２の穴の各々の内部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記第２の半導体層の側面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。

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